Išsamus AS7331 ultravioletinio jutiklio vadovas: veikimas ir pavyzdžiai su Arduino

Ultravioletinių jutiklių pasaulis pastaraisiais metais labai pasikeitė, o AS7331 tapo esminiu etalonu. Tiems, kurie nori tiksliai ir patikimai išmatuoti ultravioletinę (UV) spinduliuotę. Jei esate „Arduino“ entuziastas, inžinierius, mokslininkas ar tiesiog domitės aplinkos jutimo pažanga, tikrai susidūrėte su poreikiu tiksliai užregistruoti UV spinduliuotę. Šiame straipsnyje papasakosiu viską, ką reikia žinoti apie ultravioletinį jutiklį AS7331, kaip jį išnaudoti kuo geriau ir kaip prijungti prie „Arduino“, kad būtų galima stebėti UV spinduliuotę realiuoju laiku..

Nepaisant mažo dydžio, AS7331 turi daug technologijų.Dėl didelio jautrumo ir trijų nepriklausomų UV kanalų architektūros jis puikiai tinka įvairioms reikmėms: nuo edukacinių projektų ir namų meteorologinių stočių iki pramoninių apsaugos sistemų ir mokslinių tyrimų, kur tikslumas yra svarbiausias. O jei kada nors susidūrėte su sunkiai integruojamais jutikliais, džiaugsitės sužinoję, kad „SparkFun Qwiic“ plokštės ir jos specialiai „Arduino“ skirtos bibliotekos dėka dirbti su AS7331 bus lengviau nei manote.

Kas yra AS7331 UV jutiklis ir kodėl jis toks ypatingas?

AS7331 yra UV jutiklis, kurį sukūrė „OSRAM“. kuris leidžia matuoti ultravioletinę spinduliuotę trijose pagrindinėse juostose: UVA (320–400 nm), UVB (280–320 nm) ir UVC (200–280 nm)Kiekvienas kanalas turi savo fotodiodą ir trukdžių filtrą, užtikrinančius ypatingą jautrumą ir išskirtinį tikslumą net esant mažam spinduliuotės lygiui ir kintančioms apšvietimo sąlygoms.

Jutiklis yra išskleidžiamos plokštės formatu, tokiu kaip „SparkFun“ pagamintas, todėl jį galima prijungti be litavimo, naudojant „Qwiic“ sistemą (standartinės 3,3 V, GND, SDA ir SCL jungtys) arba, jei pageidaujate, naudojant tradicines 2,54 mm jungtis. Kompaktiškas dydis (mažiau nei 3 cm ilgio) ir mažos energijos sąnaudos todėl tai idealus pasirinkimas tiek atskiroms baterijomis maitinamoms sistemoms, tiek stacionariems projektams.

AS7331 techninės charakteristikos ir funkcijos

• Trys nepriklausomi UVA, UVB ir UVC kanalai, kiekvienas su savo atskiru fotodiodu ir filtru.
• Keturi veikimo režimai kad atitiktų skirtingus poreikius: pavienis matavimas (vienas kadras arba CMD), nuolatinis matavimas (CONT), sinchronizuotas paleidimas (SYNS) ir sinchronizuotas paleidimas / pabaiga (SYND).
• Labai didelis dinaminis diapazonas (iki 3,43E+10 dėl skiriamosios gebos ir reguliuojamo stiprinimo derinio), idealiai tinka matavimams ekstremaliose arba kintančiose aplinkose.
• Mažos energijos sąnaudosSrovė: 1,42 mA aktyvus, 970 µA budėjimo režimu ir tik 1 µA išjungus.
• Ryšys per I²C su galimybe priskirti keturis adresus (nuo 0x74 iki 0x77) naudojant litavimo tiltelius, todėl toje pačioje magistralėje galima naudoti kelis jutiklius.
• Paprastas ryšys dėka dviejų „Qwiic“ jungčių ir papildomų kontaktų pertraukimams ir sinchronizavimui.
• Maitinimo įtampa Nuo 2,7V iki 3,6V, suderinamas su dauguma Arduino plokščių ir įterptųjų sistemų.

Kam naudojamas AS7331 UV jutiklis?

Dėl savo savybių AS7331 yra naudingas daug daugiau nei tik tipinio UV indekso matavimui.

• Aplinkos monitoringasUV spinduliuotės kontrolė meteorologijos stotyse ir laboratorijose.
• Asmeninis UV spindulių stebėjimasintegravimas į nešiojamus ar nešiojamus įrenginius, siekiant išvengti per didelio saulės poveikio rizikos.
• pramoninis pritaikymas: procesų, kurie priklauso nuo UV spindulių poveikio, pvz., dervos kietinimo, dezinfekavimo ar kokybės kontrolės gamyboje, valdymas.
• Mokslinis tyrimasUV spinduliuotės poveikio įvairioms medžiagoms, gyviems organizmams ar augalams tyrimas.
• Edukaciniai ir kūrėjų projektaiNaudokite klasėse, seminaruose arba kaip mokymo priemonę, skirtą mokytis apie optinius jutiklius ir ultravioletinę spinduliuotę.

Veikimo režimai: pasirinkite tą, kuris tinka jūsų projektui

Vienas iš AS7331 privalumų yra jo universalumas eksploatavimo metuJis turi keturis režimus:

1. Vienas šūvis (CMD): Jutiklis įsijungia tik vienam matavimui ir grįžta į mažos energijos sąnaudų režimą. Tai idealus pasirinkimas projektams, kuriems svarbiausia yra baterijos veikimo laikas.
2. Nuolatinis matavimas (CONT): Jutiklis nuolat atlieka matavimus ir siunčia duomenis. Tai labai naudinga, jei reikia nuolat stebėti, nors energijos suvartojimas bus šiek tiek didesnis.
3. Sinchronizuotas paleidimas (SYNS): Leidžia inicijuoti matavimą išoriniu signalu. Tai idealiai tinka jutiklio sinchronizavimui su kitais įrenginiais ar įvykiais.
4. Sinchronizuota pradžia / pabaiga (SYND): Matavimo pradžia ir pabaiga yra kontroliuojami signalais, todėl padidėja duomenų rinkimo proceso kontrolė, puikiai tinkanti eksperimentams, kuriems labai svarbus laikas.

Šis lankstumas daro AS7331 ne tik galingą, bet ir pritaikomą labai įvairiems poreikiams.nuo klasikinio „Arduino“ hobio iki sudėtingų pramoninių pritaikymų.

AS7331 prijungimas prie Arduino: aparatinė įranga ir jungtys

Populiariausia šio jutiklio versija yra „SparkFun Qwiic“ spektrinis UV jutiklis AS7331Jis sukurtas tam, kad palengvintų gyvenimą tiek pradedantiesiems, tiek ekspertams:

• Dviguba Qwiic jungtis: Tiesiogiai prijungdami prie su „Qwiic“ suderinamų „Arduino“ plokščių, sutaupysite litavimo išlaidų ir išvengsite laidų klaidų.
• 2,54 mm praėjimo galvutė: Jei pageidaujate standartinių užvedimo kabelių arba ketinate lituoti, tai galite padaryti be jokių problemų.
• Kontaktai pertraukimams ir sinchronizavimui: naudinga, jei ketinate pasinaudoti pažangiais veikimo režimais.
• I²C stiprinimas: Galite sukonfigūruoti iki keturių adresų, tad jei norite turėti kelis jutiklius vienu metu, taip pat nekils problemų.

3,3 V maitinimo šaltinis yra standartinis „SparkFun“ plokštės komplekte, nors galite jį pritaikyti pagal savo mikrovaldiklio reikalavimus. Jei naudojate Arduino Uno arba „Mega“, pakanka prireikus naudoti loginio lygio keitiklį, nors dauguma šiuolaikinių su „Qwiic“ suderinamų plokščių jau veikia tiesiogiai esant 3,3 V įtampai.

Arduino biblioteka AS7331: kaip ją įdiegti ir ką ji daro

„SparkFun“ komanda sukūrė speciali Arduino biblioteka o tai labai supaprastina darbą su šiuo jutikliu. Jį galite rasti tiesiogiai „Arduino“ bibliotekos tvarkyklėje, ieškodami „SparkFun AS7331“ arba atsisiųsdami iš „GitHub“ saugyklos. Ši biblioteka ne tik leidžia inicijuoti ir skaityti duomenis iš visų trijų UV kanalų, bet ir apima metodus, skirtus:

• Jutiklio stiprinimo reguliavimas siekiant pagerinti jautrumą arba dinaminį diapazoną, priklausomai nuo krintančios šviesos.
• Keisti darbo režimus (pasirinkite vieną iš keturių galimų, naudodami tik vieną kodo eilutę).
• Pakeiskite I²C adresą iš pačios programinės įrangos, jei tik fiziškai sukonfigūravote atitinkamus trumpiklius.
• Patikrinkite mažos galios būseną ir jutiklio vidinio laikrodžio greitis.
• Pasiekite duomenis iš kiekvieno UV kanalo atskirai arba kartu, kuris leidžia apskaičiuoti UV indeksą arba atlikti sudėtingesnę spektrinę analizę.

Praktiniai naudojimo su Arduino pavyzdžiai

Peržiūrėkime, kaip galite pradėti dirbti su AS7331 ir Arduino dviem labai tipiškais atvejais, remiantis oficialioje bibliotekoje pateiktais pavyzdžiais:

1 pavyzdys: Bazinis matavimas (vieno kadro režimas)

Šis pirmasis pavyzdys yra idealus atspirties taškas. Naudoti vieno matavimo režimą, tai yra, jutiklis lieka budėjimo režime, kol mes nepareikalaujame matavimo, ką jis ir atlieka, ir automatiškai grįžta į mažos energijos sąnaudos režimą. Tokiu būdu galite įrašyti konkrečias UV spinduliuotės vertes praktiškai nesunaudodami energijos.
Srautas būtų toks:

• Importuokite biblioteką ir sukurkite jutiklio objektą.
• Inicijuoti I²C ryšį.
• Matavimą galite atlikti kada tik norite (pavyzdžiui, retkarčiais naudodami laikmatį arba pagal poreikį paspausdami mygtuką).
• Gaukite duomenis iš visų trijų kanalų (UVA, UVB, UVC) ir peržiūrėkite juos serijiniame monitoriuje arba naudokite juos UV indeksui apskaičiuoti.

Geriausias šio metodo dalykas yra mažas energijos suvartojimas ir paprastumas. Kai tik įkelsite eskizą, nuosekliajame monitoriuje matysite, kad duomenys atnaujinami kas 2 sekundes.

2 pavyzdys: Nuolatinio režimo matavimas

Kai jums reikia realiojo laiko duomenų be pertraukų, biblioteka leidžia jums persijungti į nuolatinis režimasČia jutiklis nuolat atlieka matavimus ir siunčia duomenis, o tai labai naudinga aplinkos stebėjimo sistemose, kuriose pokyčių tempas yra didelis.
Šiuo atveju tereikia prijungti INT kaištį prie Arduino skaitmeninio kaiščio, galinčio apdoroti pertraukimus (pagal numatytuosius nustatymus jie dažniausiai naudoja D26, bet galite jį pakeisti kode).
Nuoseklųjį monitorių galite naudoti lygiai taip pat, kad būtų rodomas pastovus UV duomenų srautas.

Kiti išplėstiniai naudojimo režimai

Jei jūsų poreikiai platesni, AS7331 sinchronizuoti režimai (SYNS ir SYND) leidžia sinchronizuoti jutiklį su išoriniais procesais, valdyti kiekvieno matavimo pradžią ir pabaigą iš mikrovaldiklio ir netgi stebėti tikslų duomenų gavimo laiką (laikrodžio lygio laiko valdymas). Tokio tipo funkcijos yra išskirtinės tokio kainos ir dydžio jutikliams.

Patarimai, kaip maksimaliai išnaudoti AS7331 su Arduino

• Naudokite Qwiic sistemą Jei ieškote paprasto prijungimo ir norite išvengti tipinių laidų klaidų.
• Pasinaudokite galimybe naudoti kelis jutiklius toje pačioje I²C magistralėje keičiant kryptis, puikiai tinka palyginti spinduliuotę skirtingose vietose ar kampuose.
• Projektuose, kuriuose naudojama baterija, pirmenybę teikite mažo energijos suvartojimo režimams., kaip ir „One-shot“, ir atjungia jutiklį, kai matavimas nėra būtinas.
• Visada vadovaukitės duomenų lapu ir pavyzdžiais bibliotekoje, nes ten rasite informacijos apie vidinius žurnalus ir kaip maksimaliai išnaudoti jų galimybes.
• Atminkite, kad UVA, UVB ir UVC kanalai gali būti naudojami skirtingaiUVA spinduliai siejami su ilgalaikiais odos pažeidimais, UVB – su nudegimais saulėje, o UVC spinduliai yra ypač svarbūs dezinfekavimo ir aplinkos kontrolės srityse.

Prieiga prie dokumentų, išteklių ir palaikymo

Vienas iš AS7331/SparkFun ekosistemos privalumų yra išsami dokumentacija ir bendruomenė kuris jį palaiko. Iš „SparkFun“ svetainės galite atsisiųsti:

• Schemos ir „Eagle“ failai, skirti modifikuoti arba integruoti savo aparatinę įrangą.
• Žingsnis po žingsnio prijungimo vadovai su aiškiais paveikslėliais ir aprašymais.
• Išsamus jutiklio duomenų lapas (AS7331).
• Nuorodos į „GitHub“ aparatinės ir programinės įrangos saugyklas, kurios palengvina integraciją su „Arduino“ ir pritaikymą kitoms aplinkoms.

Nepamirškite, kad atvirojo kodo bendruomenė yra labai aktyvi. O tokiose platformose kaip „GitHub“ galite rasti atnaujinimų, pataisymų, patobulinimų ar net bibliotekos variantų, pritaikytų skirtingoms plokštėms ar poreikiams. O jei labiau mėgstate sudėtingesnius „pasidaryk pats“ projektus, visada galite pateikti savo pavyzdžių ar patobulinimų.

Palyginimas su kitais populiariais UV jutikliais

Jei patikrinote rinką, pamatysite daugybę alternatyvų, tokių kaip „Adafruit“ LTR390 arba paprasti UV jutikliai, pagrįsti fotodiodais, bet AS7331 pasižymi tikrai nepriklausomais spektriniais kanalais, labai plačiu dinaminiu diapazonu ir pažangiomis valdymo galimybėmis.Daugelis kitų jutiklių vos skiria UVA nuo UVB arba net nesiūlo lengvos integracijos su „Arduino“, o AS7331 visa tai yra kompaktiškas ir tvirtas.

Kur galiu įsigyti AS7331 ir kiek jis kainuoja?

Šiuo metu „AS7331“ galima įsigyti specializuotose parduotuvėse, tokiose kaip „SparkFun“, „OpenCircuit“, ir pagrindinėse elektroninės prekybos platformose, tokiose kaip „Amazon“ ir „AliExpress“. Jo kaina gali skirtis priklausomai nuo platintojo ir nuo to, ar perkate visą „Qwiic“ plokštę, ar tik jutiklį, tačiau paprastai ji svyruoja apie 20–40 eurų.Tai ne pats pigiausias jutiklis, tačiau jo kainos ir kokybės santykis bei siūlomos galimybės tai daugiau nei pateisina.

Praktinis pritaikymas ir projektų idėjos

Su AS7331 galite atlikti daug daugiau nei tik matuoti saulę. Štai keletas idėjų:

• Nešiojamas UV monitorius: sportininkams, žygeiviams ar lauko darbuotojams, įspėti, kada poveikis yra pavojingas.
• Pažangi namų meteorologinė stotisUV duomenų derinimas su temperatūros, drėgmės ir slėgio duomenimis atliekant išsamius aplinkos tyrimus.
• Pramoninė kokybės kontrolė: užtikrinant, kad UV kietinimo procesai (pvz., klijai ar lakai) gautų tikslią dozę.
• UVC dezinfekavimo sistemos: germicidinės šviesos kiekio stebėjimas ligoninėse, laboratorijose ar net namų valytuvuose.
• Edukaciniai projektai: mokyti praktinių sąvokų apie elektromagnetinę spinduliuotę, apsaugą nuo saulės ar medžiagų fiziką.

Vienintelės ribos – jūsų vaizduotė ir jūsų projekto poreikiai!

AS7331 jutiklis yra naujausias įperkamas UV jutiklis gamintojams ir profesionalams.Dėl lengvo integravimo, galingos „Arduino“ bibliotekos ir atvirojo kodo bendruomenės palaikymo tai puikus įrankis tiek mokymuisi, tiek sudėtingų iššūkių sprendimui. Nesvarbu, ar norite tiksliai išmatuoti, eksperimentuoti, ar kurti pažangias programas, nenusivilsite.